详解C++中vector的理解以及模拟实现
作者：南猿北者
vector是表示可变大小数组的序列容器。这篇文章主要为大家详细介绍了vector的理解以及模拟实现，文中的示例代码讲解详细，感兴趣的可以了解一下
vector介绍
1.vector是表示可变大小数组的序列容器。
2.就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
3.本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
4.vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
5.因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
6.与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好
vector常见函数介绍
构造函数：
vector();//无参构造 vector(size_t n,const val_type & val=val_type());//利用v个val初始化vector vector(const val_type&val);//拷贝构造 template <class InputIterator> vector (InputIterator first, InputIterator last)//可以用其他类的迭代器来初始化vector
当然，vector还可以直接用数组来填充：
迭代器：
begin();
end();非const对象正向迭代器；
begin() const;
end() const ;const对象正向迭代器；
在VS平台下，vector的迭代器并不是用原生指针来实现的，而是用了一种比较复杂的方式；
VS下vector的迭代器类型：
在g++版本下，迭代器主要采用原生指针的方式，我们下面模拟的时候也是借鉴这种方式！
容量空间：
size();//获取vector有效元素个数; capacity();//获取vector当前容量; empty();//判断vector是否为空； resize(size_t n,const val_type &val=val_type());//设置vector的size大小，使用resize可能会引发扩容； reserve(size_t n);//设置容量，只有当n>大于当前容量是才会增容；
capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。
这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
增删查改：
push_back(const vay_type &val);//插入一个元素; pop_back();//从尾部删除一个元素; InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)//这不是vector的成员函数，而是函数模板，用于在某段特定区间[first,last)查找val；找到了返回val的迭代器；找不到返回last； iterator insert (iterator position, const value_type& val);//在pos位置之前插入数据，insert插入有代价尽量少用； iterator erase (iterator position);//删除指定位置的数据； swap（）//成员swap比模板swap快； operator[]( size_type n);//[ ]重在运算符；
vector模拟实现及迭代器失效讲解
#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>
namespace MySpace
{
template <typename T>
class vector
{
public:
//迭代器
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
//构造函数和析构函数
explicit vector() {}
//由于泛型编程的出现，内置类型也必须支持默认构造函数
//int a=int();//是编译器允许的
//int*pa=int*();//直接使用编译器是不允许的，但是写出泛型编程时，编译器又允许了:T pa=T();//这是编译器允许的；
//很奇怪对吧！
explicit vector(size_t n,const T&val=T()) {
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
push_back(val);
_finish = _start + n;
}
explicit vector(int n, const T& val = T()) {
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < (size_t)n; i++)
push_back(val);
_finish = _start + n;
}
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
//memcpy(_start,v._start,v.size()*sizeof(T));//memcpy是字节拷贝，也就是浅拷贝！当T的类型是string一类的时候，就会出现！
//v1、v2虽然_start、_finish、_end_of_storage 实现了深拷贝！但是他们里面的元素string，是用
//memcpy拷贝过来的，也就是浅拷贝！也就造成了不同的string元素管理着同一块字符串；
//当vector析构的时候，就会调用string的析构，就会造成对同一块空间释放两次！
//为此，我们的vector元素之间也应该实现深拷贝！利用赋值运算符！
for (const auto& x : v)
push_back(x);
_finish = _start + v.size();
}
//可以将任和迭代区间转换成vector元素！（前提是隐式类型转换支持）
template<typename InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
push_back(*(first++));
}
~vector()
{
delete[]_start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
iterator tmp = new T[n];
//memcpy(tmp, _start, (_finish - _start) * sizeof(T));//这里不要用memcpy，memcpy是字节拷贝，也就是浅拷贝
//对于T=string这样，里利用memcpy就会出现错误！
for (size_t i = 0; i < size(); i++)
tmp[i] = _start[i];
size_t sz = _finish - _start;//提前记录一下元素个数
delete[] _start;
_start = tmp;
//_finish = tmp + (_finish - _start);//注意此时的_start已经不在指向原来的那块快空间，此时_start==tmp
//因此_finish还是等于原来的_finish没有改变,为了解决这个问题，我们可以提前记录一下sz;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())//const+引用对于匿名对象来说可以延长匿名对象的生命周期
{
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())//需要扩容
{
reserve(n);
}
for (size_t i = 0; i < n - size(); i++)
_finish[i] = val;
_finish += n - size();
}
}
//capacity
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const
{
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty()const
{
return size() == 0;
}
void clear()
{
_finish = _start;
}
//访问
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos >= 0 && pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos >= 0 && pos < size());
return _start[pos];
}
//修改数据
void push_back(const T& val)
{
if (_finish == _end_of_storage)//容量满了
{
//扩容
reserve(_finish==nullptr?4:(_finish-_start)*2);
}
*(_finish) = val;
_finish++;
}
void pop_back()
{
assert(empty() == false);
_finish--;
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
if (_finish == _end_of_storage)//发生扩容过后，pos还是指向的原来的空间，pos是个野指针，需要修正pos
{//在insert里面也就是这里会发生，迭代器失效!
size_t gap = pos - _start;
reserve(capacity() ? capacity() * 2 : 4);
pos = _start + gap;//修正pos，使pos变成合法指针
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
end[1] = end[0];
end--;
}
pos[0] = val;
_finish++;
return pos;//指向插入位置
}
iterator erase(iterator pos)//删除pos位置，返回删除位置的地址
{
assert(empty() == false);
iterator end = pos + 1;
while (end != _finish)
{
end[-1] = end[0];
end++;
}
_finish--;
return pos;
}
//交换
void swap(const vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage,v._end_of_storage);
}
//重载赋值运算符
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
if(this!=&v)
{
clear();
reserve(v.capacity());
for(const auto&x:v)
push_back(x);
_finish=_start+v.size();
}
return *this;
}
private:
iterator _start = nullptr;//开始位置
iterator _finish=nullptr;//最后一个元素的下一个位置
iterator _end_of_storage = nullptr;//表示当前容量的指针
};
void test8()
{
std::string str = "Hello World";
vector<int> v(str.begin(), str.end());
for (const auto& x : v)
std::cout << x << " ";
std::cout << std::endl;
}
void test7()
{
/*vector<int> v(10,6);
vector<int> v2 = v;*/
//vector<std::string> v(3, "112222222255522111");
vector<std::string> v1 = v;//当T类型为自定义类型时会出现程序崩溃！//主要是因为出现了浅拷贝问题！！
//v.push_back("2111111111111111");//要避免memcpy带来的浅拷贝危害！
//v.push_back("333332111111111111111");
vector<int> v1(3,10);
vector<int> v2(4,19);
vector<int> v3(5,6);
vector<vector<int>> vv;
vv.push_back(v1);//这里会出现报错，因为我们还没有实现vector<T>的赋值运算符
vv.push_back(v2);
vv.push_back(v3);
//vector<vector<int>> vv2=vv;
}
void test6()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
std::cout << (v1[i]) << " ";
std::cout << std::endl;
vector<int>::iterator pos = v1.begin() + 2;
pos=v1.erase(pos);
//*pos += 10;//这里也存在着迭代器失效的问题？从语法上我们认为pos指向的是一块有效空间，这没问题！
//但是从逻辑上来说，pos却不一定是一块“合法”的空间：假如pos刚好是最后一个元素，erase过后pos与_finish相等
//如果我们后续再访问pos位置的话就有点不合适了，在逻辑上我们认为pos是个不“合法”的位置，pos不应该访问！
//为此，为了解决这个问题，vs版本下的vector给出了比较严格的限制，当我们使用erase过后的pos时直接报错！
//g++下的erase过后的pos是允许使用的，但是这是不合理的！
//因此我们一般认为erase过后的pos也是迭代器失效，解决办法就是接收一下erase的返回值！
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
std::cout << (v1[i]) << " ";
}
void test1()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
}
void test2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
v.resize(3);
}
void test3()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
std::cout << (v[i] *=10)<< std::endl;
}
void test5()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
std::cout << (v[i] ) << " ";
std::cout << std::endl;
vector<int>::iterator pos = std::find(v.begin(),v.end(),3);
if (pos != v.end())
{
pos=v.insert(pos,30);
//(*pos)++;//这里也是个迭代器失效，虽然我们修正了，insert内部pos，
//但是外部的pos还是指向的原来的空间，外部的pos还是个野指针，我们的pos是值传递，形参的改变不影响实参！
//那么我们pos参数用引用可不可以?
//答：语法上可以！但是实际用起来却不行！eg：insert(v.begin(),10);//如果pos是引用的话，程序直接报错
//因为begin是值返回，insert相当于引用的一个临时对象，临时对象具有常性！（权限放大了）
//也不要想着给pos加const解决（加了const，pos都修正不了了，迭代器失效的问题无法解决了）
//因此我们在insert过后，最好不要再用pos值，要用也应该从新接收一下insert返回值！
//为此vs为了我们使用失效的迭代器！当我们使用insert过后的pos时，就会直接报错！
}
(*pos) += 10;
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
std::cout << (v[i]) << " ";
std::cout << std::endl;
}
void test4()
{
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
std::cout << (v[i]) << " ";
std::cout << std::endl;
std::vector<int>::iterator pos = std::find(v.begin(),v.end(),3);
if (pos != v.end())
{
pos=v.insert(pos,30);
}
(*pos) += 10;
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
std::cout << (v[i]) << " ";
std::cout << std::endl;
std::cout << typeid(std::vector<int>::iterator).name()<<std::endl;//vs版本下的vector迭代器不是使用的原生指针！
}
}到此这篇关于详解C++中vector的理解以及模拟实现的文章就介绍到这了,更多相关C++ vector内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！